LoRa 是什么？技术故障

“洛拉是什么？”每当有人问我这个问题时，如果不知道为什么，就很难确切地知道如何回答 他们在问。那是因为 LoRa 可以指代不止一件事：

• 从技术上讲，它是一种无线电调制方案——一种操纵无线电波以使用啁啾多符号格式对信息进行编码的方法。
• LoRa 也指支持调制的系统，包括 LoRa 芯片和网关。
• 有时它指的是用于物联网应用的 LoRa 通信网络。

从本质上讲，LoRa 是一种巧妙的方法，可以从廉价的芯片中获得非常好的接收器灵敏度和低误码率 (BER)。这意味着低数据速率应用程序可以使用 LoRa 而不是使用其他价格相当的无线电技术获得更远的范围。

有时人们也说LoRa 当他们的意思是LoRaWAN .

但 LoRaWAN 不同。它是一种建立在 LoRa 之上的媒体访问控制 (MAC) 层协议，使用 Semtech 的 LoRa 调制方案构建。然而，LoRaWAN 很少用于工业（专用网络）应用。它更适合公共广域网，因为所有频道都调谐到相同的频率；对于单区域使用，最好只有一个网络运行，以避免冲突问题。

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因为网络中的所有网关都连接到同一台服务器，服务器的工作是决定哪个网关应该响应传输。在大型网络中，任何给定的传输通常会被多个接收器听到；然后服务器告诉一个网关响应，其他网关忽略传输。此过程有助于避免下行链路和上行链路冲突，因为单个网关正在传输，而重叠的网关可以简单地侦听其他传输。 （您可以在此处阅读有关 LoRaWAN 的更多信息。）

很多人没有意识到的是，有一种方法可以使用 LoRaWAN 的底层技术——LoRa——没有 使用 LoRaWAN。例如，Link Labs 的 Symphony Link 在 Semtech 的芯片上使用专有 MAC 层，并具有附加功能，使其更适合需要将物联网设备安全连接到云的方法的企业和工业客户。有很多公司将 LoRa 芯片用于其他协议；你所要做的就是寻找他们。

“什么是 LoRa？”的技术答案

从技术角度来看，LoRa 是一种独特（而且很棒）的调制格式。这个视频是我找到的最好的 LoRa 介绍。 （警告：这是非常技术性的。）

由 Semtech LoRa IOT 部件生成，包括 SX1272 和 SX1276 收发器芯片，LoRa 的调制格式最好描述为“调频 (FM) chirp”。支持 LoRa 的核心 IP 是能够使用 frac-N 锁相环 (PLL) 生成稳定的啁啾。这里可以阅读核心 LoRa 专利。其他调制格式包括频移键控 (FSK)、相移键控 (PSK) 等。在询问“什么是 LoRa？”时要记住这一点很重要。 LoRa 本身并没有描述物理（RF 介质）层之上的系统功能。

LoRa 物联网协议

物理层（PHY-OSI 层 1）无线组件

Semtech 在 2012 年以 500 万美元收购了法国格勒诺布尔的 Cycleo SAS，从而获得了 LoRa 无线技术。很划算！

在处理 LoRa 消息时，由于调制解调器能够过滤恒定斜坡线性调频信号，因此可以获得额外的处理增益。这就是实现高灵敏度的方式。为了实现对 LoRa 信号的“锁定”，传输了一个长的“恒定啁啾”前导码。 （参见图 1。）这正是 LoRa 的强大之处——廉价的芯片和廉价的晶体可以实现非常高的灵敏度。

图 1. Semtech LoRa 序言

这个前导码可以设置为可变数量的“符号”，这只是啁啾的数量。正如您可能想象的那样，一个 LoRa 发射器与另一个发射器的前导码之间没有选择性。如果在正确的频率和正确的啁啾频率下有恒定的啁啾声，LoRa 解调器将收听它，无论它是否来自预期系统。管理 LoRa 接收器系统以应对常规电源干扰和 LoRa干扰非常重要，是Symphony Link的关键部分。

一旦 LoRa 调制解调器“锁定”到前导信号，前导结束由“反向啁啾”表示，如图 1 所示。

然后数据传输开始，它具有一系列“符号”，其功能与 M-ARY FSK 符号非常相似，但发生在啁啾上。见图2。

图 2. LoRa 数据调制

LoRa 的另一个强大功能是能够以相同的频率解调多个“正交”或同时信号，假设它们具有不同的啁啾率。在数据表中，LoRa 啁啾率被称为“扩展因子”，较高的扩展因子表示较慢的啁啾。该功能由 Semtech 的 SX1301 芯片支持。 Link Labs 的所有网关系统都能够同时解码许多同时发生的 LoRa 啁啾声，从而可以构建非常大的网络。

请参阅面向开发人员的 LoRaWAN 网关示例。

构建这样的 LoRa 网络或系统需要大量的开发。从 LoRa 到功能正常的无线系统类似于从拥有 BPSK 无线电芯片到拥有 WiFi 网络。包括网关、中继器、寻址、自适应数据速率、消息重试、消息确认和高容量 OFDM 下行链路信号在内的大型网络的 OSI 第 2 层及以上功能是 LoRaWAN 和 Symphony Link 等系统的功能。

» 详细了解 Link Labs 的 Symphony Link 系统。

LoRa 联盟

有一项标准化 LoRa 的 MAC 功能的运动称为 LoRa 联盟，Link Labs 是该联盟的早期成员。 LoRa 联盟开发了 LoRaWAN 协议，供希望使用未授权频谱与其网络中的物联网设备通信的移动网络运营商使用。

相比之下，Symphony Link 是由 Link Labs 和我们的客户开发的标准化协议，他们喜欢 LoRa 的范围，但需要 LoRaWAN 无法提供的性能水平。它特别关注 ITU 区域 2（915 MHz ISM 频段）。 LoRaWAN 非常适合 ITU 区域 1，其中 ETSI 发射机占空比限制极大地限制了基站在网络中的作用。

LoRa 的 LoRa 联盟协议 LoRaWAN 的一些细节：

• LoRaWAN 是多址协议的服务器端实现，旨在最大限度地减少与大量端点的冲突。它需要一个服务器应用程序才能通过网络连接运行 MAC 功能。
• LoRaWAN 网络架构通常采用星形拓扑结构，其中网关是在终端设备和后端中央网络服务器之间中继消息的透明桥梁。
• 客户逻辑内置于网络服务器
• 它主要设计用于具有许多端点的仅上行链路应用程序，或仅需要少量下行链路消息的应用程序（受应用程序或端点数量限制）
• 同一网络内的网关需要同步
• 终端设备和网关之间的通信分布在不同的频道和数据速率上。数据速率的选择是通信范围和消息持续时间之间的权衡。
• 不同的数据速率不会相互干扰，并会创建一组“虚拟”通道来增加网关的容量。
• LoRaWAN 网络服务器通过自适应数据速率 (ADR) 方案单独管理每个终端设备的数据速率和 RF 输出，该方案通常每 24 小时更新一次
• 多层安全/加密（网络级别和应用级别的 EUI64 和 EUI128 设备特定密钥）
• 用于加密和身份验证的 AES CCM（128 位）
• 在 868 频段传输时间的 ETSI 1% 和 10% 占空比范围内工作
• 针对可以每 1 秒到 128 秒轮询信标的下行链路节点的 B 类草案修订版（现在使用 IBM 的 LMiC 的工程原型可用）信标周期为 128 秒 (2^n)，其中 n 为 0 到 7
• 天线分集，因为所有网关都侦听相同的上行链路信道
  
  

LoRa 连接使用

一些公司正在以有趣的方式使用完整的 LoRa/LoRaWAN 技术堆栈，例如户外资产跟踪。例如，中国共享单车公司 ofo 正在为其自行车配备 LoRa 设备和无线射频技术，以精确定位自行车的位置。公司目前在中国180多个城市开展业务。

LoRa 网络利用率的另一个例子来自位于加利福尼亚州圣罗莎的 PNI Sensor 公司。 PNI 使用基于 LoRaWAN 的无线连接来提供实时城市停车数据，让司机更容易找到可用的停车位，以进行路内和路外公共和私人停车管理。最终目标是减少因司机反复原路寻找可用停车位而造成的交通拥堵和碳排放。

许多行业正在利用物联网设备的开放 LoRaWAN 标准，包括农业（用于灌溉/水位监测和害虫控制）、公用事业（用于智能电表、照明和能源管理场景）和建筑施工（用于建筑门和窗户传感器以及建筑结构健康应用）。

还有很多公司在开发基于 LoRa 的网络，但不是 LoRaWAN。

使用 LoRa 部署您的物联网设备

如果您想在运营商拥有和运营的公共网络上构建，LoRaWAN 是协议的绝佳选择。有许多硬件和网络服务器供应商在这个领域竞争，所以有很多选择——这是一个很大的好处。但是围绕 LoRaWAN 开发和部署系统的过程非常复杂，如果您在射频协议或无线系统和规划方面没有太多专业知识或经验，这将是具有挑战性的。您还需要考虑部署 LoRaWAN™ 网络是否能满足您的需求。在某些情况下，使用自定义协议可能会更好，您只需将数据发送到已写入连接到云的节点。例如，如果您使用 Symphony Link，我们已经为您完成了这项工作。

无论哪种网络适合您的应用程序，开发套件都可以让测试和原型设计变得更容易。以下是我推荐的一些开发工具包，用于开始使用您选择的任何技术：

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